Een Britse satelliet niet groter dan een koffertje gaat ons helpen bij het beantwoorden van een van de grootste vragen uit de kosmologie: wat gebeurde er in het zogeheten donkere tijdperk, de periode voor de eerste sterren in het heelal?
Het heelal ontstond ongeveer 13,8 miljard jaar geleden met de oerknal. Ongeveer 400.000 jaar later was het voldoende afgekoeld om atomen te vormen en brak een lange, rustige fase aan die bekendstaat als het donkere tijdperk (the cosmic dark ages). Deze periode duurde ongeveer 150 miljoen jaar en eindigde pas toen de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden en licht begonnen uit te stralen.
Om daar meer over te weten te komen gaan onderzoekers van onder meer Cambridge de achterkant van de maan nu gebruiken als schild. Zo heeft hun minisatelliet CosmoCube geen last van alle aardse herrie en kan het op zijn gemakje luisteren naar een flinterdun signaal uit het prille heelal.
Een echo van 13,5 miljard jaar oud
Dat signaal staat bekend als de 21-centimeterlijn en bestaat uit straling van waterstofatomen uit de periode tussen de oerknal en de Kosmische Dageraad, het moment waarop kernfusie de eerste sterren liet ontbranden. Niemand heeft dit duistere tijdperk ooit rechtstreeks waargenomen. Vanaf de Aarde is het vrijwel onmogelijk op te vangen: de ionosfeer blokkeert deze frequenties en het signaal verdrinkt verder in de herrie van FM-radio, satellieten en telecomverkeer.
Gelukkig kunnen sterrenkundigen de maan gebruiken. CosmoCube doet ongeveer twee uur over een rondje om de maan. Terwijl de satelliet om de achterkant van de maan draait, is het toestel zo’n veertig minuten volledig afgeschermd van aardse ruis. Tijdens de missieduur van twee jaar moet dat zo’n duizend uur aan data opleveren: cruciale informatie over hoe het universum overging van een donkere leegte naar het heelal zoals we dat nu kennen.
Leestip: Margaret Hamilton wordt 90: de vrouw die de mensheid naar de maan programmeerde
Op zoek naar een vingerafdruk van donkere materie
CosmoCube onderzoekt ook de rol van donkere materie, de mysterieuze kracht die sterrenstelsels bij elkaar houdt. “Deze straling van waterstof, uitgezonden na de oerknal maar voor de eerste sterren, laat ons hopelijk zien welke rol donkere materie speelde in het jonge heelal. En hoe donkere materie ervoor zorgde dat waterstof samentrok tot de allereerste sterren en sterrenstelsels”, vertelt hoofdonderzoeker Eloy de Lera Acedo van het Cavendish Laboratory in Cambridge.
Om dit te bestuderen werkt CosmoCube op extreem lage frequenties, tussen de 10 en 50 MHz, ver buiten het bereik van telescopen op Aarde. Vandaar dat de maan wordt ingezet als ideale schuilplaats. “Nergens anders vind je de afscherming die je nodig hebt om zo’n zwak signaal op te pikken, terwijl je tegelijk uitzicht houdt op de volledige ruimte”, zegt De Lera Acedo. “De achterkant van de maan is eigenlijk de enige optie: het lost meerdere problemen tegelijk op en opent een helder venster naar het allervroegste heelal.”
Zelfcorrigerende techniek
Eenmaal in een baan om de maan vouwt CosmoCube een lange, lichte radioantenne uit, gevoelig genoeg om het 21-centimetersignaal op te vangen boven de verre kant van de maan. Ondertussen corrigeert de satelliet voortdurend zijn eigen elektronica met een calibrator, die wisselt tussen de hemel en ingebouwde referentiebronnen, om ruis binnen het toestel weg te filteren.
Terug op aarde wordt nog verdere achtergrondruis weggefilterd, vooral straling uit onze eigen Melkweg. Met simulaties en vluchtmetingen reconstrueren de onderzoekers bovendien hoe de antenne reageert op verschillende delen van de hemel, om resterende vervormingen weg te werken. “Naast de wetenschap is vooral het formaat van onze missie uniek: we duiken dieper in de donkere eeuwen dan wie dan ook en dat op een compacte, relatief goedkope manier”, aldus De Lera Acedo.
Wil je niets van Scientias missen? Voeg Scientias toe als voorkeursbron op Google dan zie je al onze verhalen!
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
